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    半導(dǎo)體禁帶寬度測(cè)定:熒光光譜PL
    來源: 時(shí)間:2024-08-26 11:30:46 瀏覽:3755次

    半導(dǎo)體禁帶寬度測(cè)定:熒光光譜PL

     

    半導(dǎo)體禁帶寬度(Band Gap)的測(cè)定對(duì)于理解和優(yōu)化半導(dǎo)體材料的電子性能至關(guān)重要;熒光法是一種常用的技術(shù),用于測(cè)量半導(dǎo)體的禁帶寬度。

    一、原理

    熒光法,也稱為光致發(fā)光光譜法,是基于半導(dǎo)體材料在吸收光子后,電子從價(jià)帶躍遷到導(dǎo)帶,隨后在返回價(jià)帶時(shí)釋放光子的現(xiàn)象;禁帶寬度是指導(dǎo)帶底部與價(jià)帶頂部之間的能量差,這個(gè)能量差決定了材料的光電特性,通過測(cè)量發(fā)射光的波長(zhǎng),可以計(jì)算出半導(dǎo)體的禁帶寬度。

    二、應(yīng)用步驟

    1. 樣品準(zhǔn)備:首先需要制備高質(zhì)量的半導(dǎo)體樣品,確保表面光滑,無污染,以便于準(zhǔn)確測(cè)量。

    2. 激發(fā)光源:使用適當(dāng)?shù)募ぐl(fā)光源,如激光或汞燈,來激發(fā)樣品;光源的波長(zhǎng)應(yīng)小于半導(dǎo)體材料的禁帶寬度,以確保電子能夠被激發(fā)到導(dǎo)帶。

    3. 光致發(fā)光光譜采集:在激發(fā)光源照射下,樣品會(huì)發(fā)出熒光;使用光譜儀收集發(fā)射光的強(qiáng)度與波長(zhǎng)的關(guān)系。

    4. 數(shù)據(jù)處理:通過分析光譜數(shù)據(jù),可以確定熒光峰的位置,即發(fā)射光的波長(zhǎng);然后,利用以下公式計(jì)算禁帶寬度:

       \( E_g = \frac{hc}{\lambda} \)

       其中,\( E_g \) 是禁帶寬度,\( h \) 是普朗克常數(shù),\( c \) 是光速,\( \lambda \) 是發(fā)射光的波長(zhǎng)。

    三、優(yōu)勢(shì)

    1. 非破壞性:熒光法不會(huì)對(duì)樣品造成物理損傷,可以重復(fù)測(cè)量。

    2. 高靈敏度:能夠檢測(cè)到微弱的發(fā)光信號(hào),適用于低濃度樣品的測(cè)定。

    3. 快速簡(jiǎn)便:操作簡(jiǎn)單,數(shù)據(jù)處理速度快。

    四、應(yīng)用實(shí)例

    GaAs是一種重要的半導(dǎo)體材料,廣泛應(yīng)用于光電子和高速電子器件通過熒光法測(cè)定GaAs的禁帶寬度,可以優(yōu)化其在這些領(lǐng)域的應(yīng)用。

    1. 樣品準(zhǔn)備:將GaAs樣品切割成適當(dāng)大小,并進(jìn)行表面拋光處理。

    2. 激發(fā)光源:使用波長(zhǎng)為532nm的激光器作為激發(fā)光源。

    3. 光譜采集:在激光照射下,使用光譜儀記錄GaAs樣品的發(fā)射光譜。

    4. 數(shù)據(jù)處理:通過光譜圖找到熒光峰的位置,計(jì)算得到GaAs的禁帶寬度約為1.42 eV

    五、注意事項(xiàng)

    1. 溫度影響:測(cè)量過程中,溫度的變化會(huì)影響發(fā)光強(qiáng)度和波長(zhǎng),因此需要控制實(shí)驗(yàn)溫度。

    2. 儀器校準(zhǔn):確保光譜儀等儀器的準(zhǔn)確校準(zhǔn),以減少測(cè)量誤差。

     

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